JP3393144B2 - Random access in mobile communication systems - Google Patents

Random access in mobile communication systems

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JP3393144B2 JP54688698A JP54688698A JP3393144B2 JP 3393144 B2 JP3393144 B2 JP 3393144B2 JP 54688698 A JP54688698 A JP 54688698A JP 54688698 A JP54688698 A JP 54688698A JP 3393144 B2 JP3393144 B2 JP 3393144B2
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Description

【発明の詳細な説明】 関連出願 本出願は共通譲渡した1996年10月18日付け米国特許出
願第08/733、501号に対する主題に関連している。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION RELATED APPLICATION This application is related to the commonly-assigned subject matter of US patent application Ser. No. 08 / 733,501 dated October 18, 1996.

発明の背景 発明の技術分野 本発明は一般に移動体通信分野、特に多重ランダムア
クセス方式の移動体発信呼を処理する方法に関するもの
である。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates generally to the field of mobile communications, and more particularly to a method for handling mobile originating calls with multiple random access.

関連技術の説明 次世代移動通信システムは、パケットモードおよび通
信回線交換モードでのデジタル音声、ビデオ、データを
含む広範な通信サービスを提供しなければならない。そ
の結果、通話数の著しい増加が予測され、ランダムアク
セスチャンネル（RACH）のトラフィック密度が現在より
はるかに高くなると考えられる。残念ながら、このトラ
フィックの高密度化は衝突およびアクセス障害も増加さ
せることになる。その結果、アクセス成功率を増加させ
てアクセス要求処理時間を減少させるために、新世代移
動通信システムは現在よりはるかに高速かつ柔軟なラン
ダムアクセス処理手順を採用しなければならない。2. Description of Related Art Next generation mobile communication systems must provide a wide range of communication services including digital voice, video and data in packet mode and communication circuit switched mode. As a result, it is expected that the number of calls will increase significantly, and the traffic density of the random access channel (RACH) will be much higher than it is now. Unfortunately, this traffic densification also increases collisions and access failures. As a result, in order to increase the access success rate and reduce the access request processing time, the new generation mobile communication system has to adopt a much faster and more flexible random access processing procedure than the current one.

ほとんどの移動通信システム、例えばヨーロッパ共同
開発のCODIT（Code Division Testbed）やIS−95標準
（ANSIJ−STD−008）等のシステムでは、移動局は最初
にRACHが使用可能であることを確認してから基地局にア
クセスすることができる。そして、基地局がアクセス要
求を検出するまで、移動局は漸増する電力レベルで一連
のアクセス要求プリアンブル（例えば、単一の1023チッ
プシンボル）を伝送する。それに応答して、基地局はダ
ウンリンクチャンネル経由で移動局の送信電力の制御処
理を開始する。一旦移動局と基地局の間の初期「ハンド
シェイク」が確立すると、移動局ユーザはランダムアク
セスメッセージを送信する。In most mobile communication systems, such as the CODIT (Code Division Testbed) and IS-95 standard (ANSIJ-STD-008) systems jointly developed by Europe, the mobile station first confirms that RACH is available. To access the base station. The mobile station then transmits a series of access request preambles (eg, a single 1023 chip symbol) at increasing power levels until the base station detects the access request. In response, the base station starts control processing of the transmission power of the mobile station via the downlink channel. Once the initial "handshake" between the mobile station and the base station is established, the mobile station user sends a random access message.

SS−SRMAシステム（Spread Spectrum Slot Reserv
ation Multiple Access System）では、Ｓ−ALOHA
（slotted ALOHA）ランダムアクセススキームが使用さ
れる。スロットの最初に、移動局はランダムアクセスパ
ケットを基地局に送って、基地局からのパケットの受信
確認を待つ。このＳ−ALOHAスキームはCODITやIS−95の
ランダムアクセススキームの特徴である多くのステップ
（すなわち、電力傾斜と電力制御）を省略する。SS-SRMA system (Spread Spectrum Slot Reserv
ation Multiple Access System), S-ALOHA
(Slotted ALOHA) A random access scheme is used. At the beginning of the slot, the mobile station sends a random access packet to the base station and waits for confirmation of receipt of the packet from the base station. This S-ALOHA scheme omits many of the steps (ie, power ramp and power control) that are characteristic of CODIT and IS-95 random access schemes.

具体的に云えば、CODITベースの符号分割多重アクセ
ス（CDMA）システムでは、移動局は連続する送信プリア
ンブルシンボルの各々の電力レベルを漸増させる「電力
傾斜」処理を用いて基地局受信機へのアクセスを試み
る。アクセス要求プリアンブルが検出されるとすぐに、
基地局は移動局からの受信信号電力を所要レベルに維持
するために移動局の送信電力レベルを制御する閉回路電
力制御回路を起動する。そして、移動局は特定のアクセ
ス要求データを送信する。基地局の受信機は、整合フィ
ルタを用いて、（スペクトル拡散）受信信号を「逆拡
散」し、アンテナダイバーシチを利用して逆拡散信号の
ダイバーシチ結合を行う。Specifically, in CODIT-based code division multiple access (CDMA) systems, a mobile station uses a "power ramp" process to gradually increase the power level of each successive transmitted preamble symbol to access the base station receiver. Try. As soon as the access request preamble is detected,
The base station activates a closed circuit power control circuit that controls the transmit power level of the mobile station to maintain the received signal power from the mobile station at the required level. Then, the mobile station transmits specific access request data. The base station receiver uses the matched filter to "despread" the (spread spectrum) received signal and utilizes antenna diversity to perform diversity combining of the despread signals.

IS−95CDMAシステムでも、同様のランダムアクセス手
法が使用される。しかしCODITとIS−95の手順の主な違
いは、IS−95移動局がプリアンブルのみではなく、完全
なランダムアクセスパケットを送信することである。基
地局がアクセス要求を確認しない場合、IS−95移動局
は、さらに高電力レベルでアクセス要求パケットを再送
信する。この処理は基地局がアクセス要求を確認するま
で継続される。Similar random access techniques are used in IS-95 CDMA systems. However, the main difference between the CODIT and IS-95 procedures is that IS-95 mobile stations send complete random access packets rather than just the preamble. If the base station does not acknowledge the access request, the IS-95 mobile station retransmits the access request packet at a higher power level. This process continues until the base station confirms the access request.

Ｓ−ALOHAランダムアクセススキーム、例えば上記米
国特許出願第08/733,501号（以後、‘501出願と呼ぶ）
で開示される方法を使用する移動通信システムでは、移
動局はランダムアクセスパケットを生成、送信する。そ
のようなランダムアクセスパケットのフレーム構造が図
１に示されている。ランダムアクセスパケット（「アク
セス要求データフレーム」）はプリアンブルとデータフ
ィールド部を含む。プリアンブルは“L"記号長の固有の
署名（ビット）パターンを含んでいる。署名パターンは
１組の直交パターン（必ずしも直交でなくてもよいが）
からランダムに選択される。このように、‘501出願で
記述、請求されるような固有の署名パターンの特徴を使
用すると、従来のランダムアクセススキームよりかなり
高いスループット効率が得られる。S-ALOHA random access scheme, eg US patent application Ser. No. 08 / 733,501 (hereafter referred to as the '501 application)
In the mobile communication system using the method disclosed in (1), the mobile station generates and transmits a random access packet. The frame structure of such a random access packet is shown in FIG. The random access packet (“access request data frame”) includes a preamble and a data field part. The preamble contains a unique signature (bit) pattern of "L" symbol length. The signature pattern is a set of orthogonal patterns (though not necessarily orthogonal)
Randomly selected from. Thus, the use of unique signature pattern features as described and claimed in the '501 application results in significantly higher throughput efficiency than conventional random access schemes.

‘501出願で記述されるランダムアクセスパケットの
データフィールドは、移動機（ユーザ）識別情報、所要
サービス数（提供されるサービスの数）、所要エアー時
間（メッセージを完了するまでの時間）、短パケットデ
ータメッセージ（送信効率を増加させるための）、誤り
検出冗長フィールド（巡回冗長符号）を含む一定のラン
ダムアクセス情報を含む。‘501出願中で詳述された理
由により、プリアンブルの拡散比（スペクトル拡散変
調）はデータフィールド部分の拡散比よりも長くされ
る。しかし、必ずしもその必要がない状況はあるかもし
れない。The data fields of the random access packet described in the '501 application include mobile station (user) identification information, required number of services (number of services provided), required air time (time to complete message), short packet. It includes data messages (to increase transmission efficiency), certain random access information including error detection redundancy fields (cyclic redundancy codes). For the reasons detailed in the '501 application, the preamble spread ratio (spread spectrum modulation) is made longer than the spread ratio of the data field portion. However, there may be situations where it is not necessary.

ランダムアクセスパケット（例えば図１で示されるパ
ケット等）は次の利用可能なスロットの最初に移動局か
ら送信される。図１で示されるランダムアクセスパケッ
トを生成、送信するために移動局で使用可能な装置のブ
ロック図を図２に示す。基本的には、図２で図示される
ように、ランダムアクセスパケットのプリアンブルおよ
びデータフィールドは移動局で生成され、別個に（それ
ぞれの拡散符号で）拡散され、次に、多重化され、送信
される。Random access packets (such as the packet shown in FIG. 1) are transmitted from the mobile station at the beginning of the next available slot. A block diagram of an apparatus that can be used in a mobile station to generate and transmit the random access packet shown in FIG. 1 is shown in FIG. Basically, as illustrated in FIG. 2, the preamble and data fields of a random access packet are generated at the mobile station, spread separately (with their respective spreading codes), then multiplexed and transmitted. It

次に、移動局から送信されるランダムアクセスパケッ
トは整合フィルタ付き受信機を備えた目標基地局で受
信、復調される。図３は基地局のランダムアクセス受信
機の検出部（１個のアンテナ用の）ブロック図を示して
おり、これは主として受信信号のタイミングを推定する
働きをする。整合フィルタはプリアンブル期間のみで使
用されるもので、プリアンブルの拡散符号に同調され
る。整合フィルタはランダムアクセス要求の存在を検出
し、ランダムアクセスパケットのプリアンブル部分を逆
拡散し、それをアキュムレータユニットに供給する目的
で使用される。アキュムレータ（署名１〜ｌ）はプリア
ンブル（Ｍ）のシンボル期間中に整合フィルタの出力で
の信号を加算して受信信号対混信（S/I）電力比を増加
させるために使用されるもので、‘501出願のランダム
アクセス方法に特有の特徴である。受信された各プリア
ンブルには固有の署名パターンが含まれるので、受信す
べき署名パターンの１つに各々が同調された複数のアキ
ュムレータ（１〜ｌ）によって蓄積動作が実行される。Next, the random access packet transmitted from the mobile station is received and demodulated by a target base station equipped with a receiver with a matched filter. FIG. 3 shows a block diagram (for one antenna) of the random access receiver of the base station, which mainly serves to estimate the timing of the received signal. The matched filter is used only during the preamble period and is tuned to the spreading code of the preamble. The matched filter is used to detect the presence of a random access request, despread the preamble portion of the random access packet and feed it to the accumulator unit. The accumulators (signatures 1 to 1) are used to add the signals at the output of the matched filter during the symbol period of the preamble (M) to increase the received signal to interference (S / I) power ratio, This is a unique feature of the random access method of the '501 application. Since each received preamble contains a unique signature pattern, the accumulator operation is performed by a plurality of accumulators (1 to 1) each tuned to one of the signature patterns to be received.

図４は図３で示されるランダムアクセス検出器部のＩ
チャンネル（直交検波）に使用可能なアキュムレータの
簡単なブロック図である。同様のアキュムレータをＱチ
ャンネルにも使用可能である。図３および図４を参照す
ると、それぞれのアキュムレータ（署名１〜ｌ）の出力
はピーク検出ユニットに接続される。プリアンブル期間
の終わりに、各ピーク検出ユニットは各対応の整合フィ
ルタの出力を検索して、所定の検出閾値を超える各信号
ピークを求める。各ピーク検出ユニットは各ピーク信号
の大きさと相対位相を登録（検出、格納）して、それに
より、受信機で復調可能な有意信号の数を決定する。こ
のように、各ピークのタイミングが推定され、そして、
受信機の“レイク”パラメータ設定（レイク受信機部分
１−ｌ）に利用される。図５はランダムアクセスパケッ
トのデータフィールド部分を復調するために使用可能な
ランダムアクセス復調器のブロック図である。ランダム
アクセス復調器部は本質的に、受信データフィールドの
データ情報を復号して、送信エラーのチェックを行う。FIG. 4 shows I of the random access detector unit shown in FIG.
It is a simple block diagram of an accumulator usable for a channel (quadrature detection). A similar accumulator can be used for the Q channel. Referring to FIGS. 3 and 4, the output of each accumulator (signatures 1 to 1) is connected to a peak detection unit. At the end of the preamble period, each peak detection unit searches the output of each corresponding matched filter for each signal peak that exceeds a predetermined detection threshold. Each peak detection unit registers (detects, stores) the magnitude and relative phase of each peak signal, thereby determining the number of significant signals that can be demodulated at the receiver. Thus, the timing of each peak is estimated, and
Used for receiver "rake" parameter setting (rake receiver part 1-l). FIG. 5 is a block diagram of a random access demodulator that can be used to demodulate the data field portion of a random access packet. The random access demodulator section essentially decodes the data information in the received data field to check for transmission errors.

特に、図１から５に関して述べたランダムアクセス装
置および方法は従来のランダムアクセススキームと比較
して多くの利点を持っているが、解決すべき問題が多く
残っている。例えば、すべてのセルの移動局がプリアン
ブルまたはデータフィールド処理段階で同じ拡散符号を
使用すると、多くのパケット衝突が起り得る。その結
果、過剰な回数のランダムアクセス要求を再送する必要
が生じ、システムが不安定になることがある。また、上
記ランダムアクセス装置および方法を使用した場合、次
の時間スロットの最初にランダムアクセス要求が送信さ
れるため、整合フィルタ受信機がプリアンブル受信段階
に続く１周期の間アイドル状態になるので基地局の整合
フィルタ受信機は本来の効率利用が阻害される。さら
に、上記スキームで使用されるランダムアクセスパケッ
トの長さが固定されるので、短いデータパケットのサイ
ズはパケットの残りの使用範囲だけ制限される。したが
って、これらの問題を解決するため、更に柔軟性に富ん
だランダムアクセス要求手順が必要である。In particular, the random access device and method described with respect to FIGS. 1 to 5 have many advantages over conventional random access schemes, but many problems remain to be solved. For example, many packet collisions can occur if mobile stations in all cells use the same spreading code in the preamble or data field processing stages. As a result, it becomes necessary to retransmit an excessive number of random access requests, and the system may become unstable. Further, when the above random access device and method are used, a random access request is transmitted at the beginning of the next time slot, so that the matched filter receiver becomes idle for one cycle following the preamble reception stage. The matched-filter receiver of is impaired in its original efficient use. Further, since the length of the random access packet used in the above scheme is fixed, the size of the short data packet is limited by the remaining usage range of the packet. Therefore, a more flexible random access request procedure is needed to solve these problems.

発明の概要 本発明の目的は、効率的にランダムアクセスチャンネ
ルを利用することである。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to efficiently utilize random access channels.

本発明の別の目的は、整合フィルタ１個あたりの受信
可能ランダムアクセス要求数を従来の手段より大幅に増
加させることである。Another object of the invention is to significantly increase the number of receivable random access requests per matched filter over conventional means.

本発明のさらに別の目的は、ランダムアクセス要求間
の衝突確率を減少させて、その損失も最小にすることで
ある。Yet another object of the present invention is to reduce the probability of collision between random access requests and also minimize their loss.

本発明のさらに別の目的は、短パケットフィールドの
長さを選択する際の柔軟性を高めるためにランダムアク
セス要求パケットのデータフィールド長を選択可能にす
ることである。Yet another object of the present invention is to allow the selection of the data field length of the random access request packet for increased flexibility in selecting the length of the short packet field.

本発明のさらに別の目的は、長いデータまたは音声の
呼を迅速に確立するために使用可能なランダムアクセス
パケットを提供することである。Yet another object of the present invention is to provide random access packets that can be used to quickly establish long data or voice calls.

本発明のさらに別の目的は、隣接のセクタ／セルから
のランダムアクセス試行間の相互相関を低レベルに維持
することである。Yet another object of the invention is to maintain a low level of cross-correlation between random access attempts from adjacent sectors / cells.

本発明によれば、ランダムに選択された署名に関連す
る短拡散符号と連結され、ランダムアクセスパケットの
データ部分の拡散に使用される固有の長符号と、固有の
プリアンブル拡散符号とをセル中の各セクタに割り当て
る方法によって、上記およびその他の目的が達成され
る。長符号のために選択される期間は比較的長い持続時
間（例えば、何時間あるいは何日間）にすることができ
る。また、送信時間のスロット幅はプリアンブルの長さ
に等しく設定される。その結果、スロットの最初に移動
局のランダムアクセス要求が開始するようにタイミング
がとられ、そのランダムアクセス要求がプリアンブル期
間中に基地局のランダムアクセス受信機の整合フィルタ
によって検出されるようにすることが可能である。移動
局のランダムアクセス要求のデータフィールドはプリア
ンブルに続くスロットで送信されて、基地局のレイク受
信機で受信される。しかし、プリアンブル期間の後、整
合フィルタはまだ、他のランダムアクセス要求のプリア
ンブルを受信することが可能である。したがって、整合
フィルタは、従来のランダムアクセススキームと比較し
てより効率的に連続使用され、かなり多くのランダムア
クセス要求を処理することができる。このように、本方
法を使用するランダムアクセスシステムは、従来のラン
ダムアクセスシステムよりも通信スループットおよび効
率が実質的に高くなる。さらに、データフィールドの長
さに制限はない。ランダムアクセスパケットのデータフ
ィールド部分を連結拡散する本方法によれば、ユーザは
所望の長さのパケットを生成することができる。また、
連結拡散によれば、拡散パターン、その位相の双方また
はいずれかが固有のものであるため、生成パケットが他
のランダムアクセス要求パケットと衝突するという危険
を回避する。According to the present invention, a unique long code concatenated with a short spreading code associated with a randomly selected signature and used to spread the data portion of a random access packet and a unique preamble spreading code are stored in a cell. The method assigned to each sector accomplishes these and other objectives. The time period selected for the long code can be of relatively long duration (eg, hours or days). Also, the slot width of the transmission time is set equal to the length of the preamble. As a result, the mobile station's random access request is timed to start at the beginning of the slot, and the random access request is detected by the matched filter of the base station's random access receiver during the preamble period. Is possible. The data field of the mobile station's random access request is transmitted in the slot following the preamble and received by the rake receiver of the base station. However, after the preamble period, the matched filter is still able to receive the preamble of another random access request. Therefore, the matched filter is continuously used more efficiently as compared to the conventional random access scheme, and can process a large number of random access requests. Thus, the random access system using the method has substantially higher communication throughput and efficiency than the conventional random access system. Furthermore, there is no limit to the length of the data field. This method of concatenating and spreading the data field portions of the random access packet allows the user to generate a packet of a desired length. Also,
Concatenated spreading avoids the risk of a generated packet colliding with another random access request packet because the spreading pattern and / or its phase is unique.

図面の簡単な説明 本発明の装置および方法は、付図を用いて以下の詳細
な説明を参照することにより、更に完全に理解されるで
あろう。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The apparatus and method of the present invention will be more fully understood by reference to the following detailed description using the accompanying drawings.

図１はランダムアクセスパケットのフレーム構造を示
す図。FIG. 1 is a diagram showing a frame structure of a random access packet.

図２は図１に示されるランダムアクセスパケットを生
成、送信するために移動局で使用可能な装置のブロック
図。2 is a block diagram of an apparatus that can be used by a mobile station to generate and transmit the random access packet shown in FIG.

図３は基地局のランダムアクセス受信機に設けられ
た、主として受信信号のタイミングを推定するための検
出部（アンテナ１本分の）のブロック図。FIG. 3 is a block diagram of a detection unit (for one antenna) that is provided in the random access receiver of the base station and mainly estimates the timing of the received signal.

図４は図３に示されるランダムアクセス検出部のＩチ
ャンネル（直交検波）に使用可能なアキュムレータの簡
単なブロック図。FIG. 4 is a simple block diagram of an accumulator usable for the I channel (quadrature detection) of the random access detector shown in FIG.

図５はランダムアクセスパケットのデータフィールド
部分を復調するために使用可能なランダムアクセス復調
器のブロック図。FIG. 5 is a block diagram of a random access demodulator that can be used to demodulate the data field portion of a random access packet.

図６はセルラ通信システムに本発明の方法を実施する
際の関連部分を示すブロック図。FIG. 6 is a block diagram showing relevant parts in implementing the method of the present invention in a cellular communication system.

図７は本発明の好ましい実施例にしたがって異なった
移動局から送信される複数のランダムアクセス要求パケ
ットの構造およびタイミングを示す図。FIG. 7 is a diagram showing the structure and timing of a plurality of random access request packets transmitted from different mobile stations according to a preferred embodiment of the present invention.

図８は本発明の好ましい実施例にしたがって図７で示
されるランダムアクセスパケットのようなランダムアク
セスパケットを移動局で生成、送信するための方法を実
施する際に使用可能な装置の簡単なブロック図。FIG. 8 is a simplified block diagram of an apparatus that may be used in implementing a method for generating and transmitting a random access packet at a mobile station, such as the random access packet shown in FIG. 7, according to a preferred embodiment of the present invention. .

図面の詳細な説明 付図１から８を参照することにより、本発明の好まし
い実施例と利点を深く理解することができる。なお、各
図において同様および対応部分は同様な参照符号で示さ
れる。Detailed Description of the Drawings A better understanding of the preferred embodiments and advantages of the present invention may be gained by reference to Figures 1-8. It should be noted that in each of the drawings, the same or corresponding portions are denoted by the same reference numerals.

基本的に、本発明の方法によればセル中の各セクタ
に、固有のプリアンブル拡散符号と、データフィールド
（署名関連）の短拡散符号と連結される固有の長符号と
が割当てられる。長符号用に選択される期間は比較的長
い持続時間（例えば何時間、何日間）にすることができ
る。したがって、２つのメッセージが同じ署名を選び、
同時にプリアンブルを送信しない限り、その２つのメッ
セージが同じ拡散系列と位相とを持つことができないの
で、ランダムアクセスパケットのデータフィールドは専
用チャンネルで送信されるということができる。２つの
メッセージが同じ署名を選び、同時にプリアンブルを送
信すると、結果としてパケットの衝突を生じさせ、ラン
ダムアクセス試行を不成功にする。しかし、その発生確
率は非常にわずかである。特に、セクタ／セルに固有の
拡散符号と長符号とを割り当てる本方法は隣接のセクタ
またはセルにおける多重アクセスのランダム試行間の衝
突確率を大幅に低減する。Basically, according to the method of the present invention, each sector in a cell is assigned a unique preamble spreading code and a unique long code concatenated with the short spreading code of the data field (signature related). The period selected for the long code can be of relatively long duration (eg, hours, days). So two messages pick the same signature,
It can be said that the data field of a random access packet is transmitted on a dedicated channel because the two messages cannot have the same spreading sequence and phase unless they transmit the preamble at the same time. If two messages pick the same signature and send a preamble at the same time, this will result in packet collisions and unsuccessful random access attempts. However, its probability of occurrence is very low. In particular, the present method of assigning a unique spreading code and long code to a sector / cell greatly reduces the probability of collision between random attempts of multiple access in adjacent sectors or cells.

本発明の方法はまた、送信時間スロットの幅をプリア
ンブルの長さ（実際には、所定のガード時間を差し引
く）に等しく設定される。その結果、スロットの最初に
移動局のランダムアクセス要求が開始するようにタイミ
ングがとられ、そのランダムアクセス要求がプリアンブ
ル期間中に基地局のランダムアクセス受信機の整合フィ
ルタによって検出されるようにすることが可能である。
移動局のランダムアクセス要求のデータフィールドはプ
リアンブルのスロットに続くスロットで送信され、基地
局のレイク受信機で受信される。しかし、本方法ではプ
リアンブル期間の後、整合フィルタは、他の移動局から
の他のランダムアクセス要求のプリアンブルを受信する
ことが可能である。したがって、本発明によれば、整合
フィルタは、より効率的に連続使用され、従来のランダ
ムアクセススキームと比較してかなり多くのランダムア
クセス要求を処理することができる。このように、本方
法を使用するランダムアクセスシステムは、従来のラン
ダムアクセスシステムよりも通信スループットおよび効
率が実質的に高くなる。The method of the present invention also sets the width of the transmission time slot equal to the length of the preamble (actually, minus a predetermined guard time). As a result, the mobile station's random access request is timed to start at the beginning of the slot, and the random access request is detected by the matched filter of the base station's random access receiver during the preamble period. Is possible.
The data field of the mobile station's random access request is transmitted in the slot following the preamble slot and received by the rake receiver of the base station. However, in the present method, after the preamble period, the matched filter is able to receive the preamble of another random access request from another mobile station. Therefore, according to the present invention, the matched filter can be continuously used more efficiently and can process a considerably larger number of random access requests as compared with the conventional random access scheme. Thus, the random access system using the method has substantially higher communication throughput and efficiency than the conventional random access system.

さらに、本方法によれば、データフィールドの長さに
制限がない。換言すれば、ランダムアクセスパケットの
データフィールド部分を連結拡散する本方法によれば、
ユーザは所望の長さのパケットを生成することができ
る。また、この連結拡散法を利用すれば、生成パケット
が他のランダムアクセス要求パケットと衝突する危険は
非常に少なくなる。Moreover, the method does not limit the length of the data field. In other words, according to the present method of concatenating and spreading the data field portion of the random access packet,
The user can generate packets of any desired length. Further, by using this concatenation spreading method, the risk of the generated packet colliding with other random access request packets is very small.

具体的に、図６を参照すると、本発明の方法を実施す
るために使用できるセルラ通信システム10の関連部分が
示されている。システム10には、基地局の送受信アンテ
ナ12および送受信機部14と、複数の移動局16、18が含ま
れる。図６には移動局が２つだけ示されているが、これ
は説明の便宜上であって、本発明は２つ以上の移動局を
含むと考えてよい。アクセス要求フレームを生成、送信
する前に、移動局（例えば、16）は目標基地局受信機
（14）との間で同期を取る。そして、移動局は基地局の
ブロードキャスト／パイロットチャンネル情報から各ス
ロットの始動時間を決定する。また、移動局はブロード
キャスト／パイロットチャンネル情報から処理中のスロ
ット番号を検索する。このスロット番号は、肯定応答が
適切な移動局で受信されたことを確認するために基地局
が肯定応答（ACK）メッセージ回答に付加するものであ
る。ランダムアクセス環境における基地局と移動局の同
期に関する詳細は‘501出願に記載されている。Specifically, referring to FIG. 6, there is shown the relevant parts of a cellular communication system 10 that can be used to implement the method of the present invention. The system 10 includes a transceiver antenna 12 and transceiver unit 14 of a base station, and a plurality of mobile stations 16 and 18. Although only two mobile stations are shown in FIG. 6, this is for convenience of description and the present invention may be considered to include more than one mobile station. Before generating and transmitting the access request frame, the mobile station (eg 16) synchronizes with the target base station receiver (14). Then, the mobile station determines the start time of each slot from the broadcast / pilot channel information of the base station. Also, the mobile station retrieves the slot number being processed from the broadcast / pilot channel information. This slot number is added by the base station to the acknowledgment (ACK) message reply to confirm that the acknowledgment was received by the appropriate mobile station. Details regarding base station and mobile station synchronization in a random access environment can be found in the '501 application.

また、目標基地局はそれぞれ固有のランダムアクセス
拡散符号と、基地局トランシーバによって定義される各
セクタあるいはセルに関連する長符号とを（例えばダウ
ンリンクブロードキャストチャンネルを介して）要求元
移動局へ転送する。例えば、これらの固有の拡散符号お
よび長符号はGold符号または Kasami符号であってもよい。移動局は、拡散符号および
長符号の情報をメモリ格納領域（図示せず）に格納し、
この情報は生成されたランダムアクセス要求パケットの
プリアンブルおよびデータフィールドを拡散させるため
に移動局によって検索され、使用される。また、最終的
には、プリアンブルに関連する署名パターンが（例えば
適切な同報メッセージ形式で）基地局から要求元移動局
へ転送され、これは異なったセクタあるいはセルを区別
するために使用することができる。The target base station also transfers a unique random access spreading code and a long code associated with each sector or cell defined by the base station transceiver (eg, via a downlink broadcast channel) to the requesting mobile station. . For example, these unique spreading codes and long codes may be Gold codes or Kasami codes. The mobile station stores the spread code and long code information in a memory storage area (not shown),
This information is retrieved and used by the mobile station to spread the preamble and data fields of the generated random access request packet. Finally, the signature pattern associated with the preamble is transferred (eg in the appropriate broadcast message format) from the base station to the requesting mobile station, which should be used to distinguish between different sectors or cells. You can

例えば、‘501出願で記載されているように、多重ラ
ンダムアクセス要求を基地局受信機で効果的に区別し得
るようにプリアンブルビットかシンボルパターンが使用
される。各要求元移動局は、Ｌ個の異なったプリアンブ
ルビットかシンボルパターン（「署名」）の１つを送信
することができる。使用される異なった署名パターンが
必ずしも互いに直交する必要はない。基地局受信機で
は、Ｌ個のアキュムレータがそれぞれ、受信機の整合フ
ィルタの出力から結合される特定の署名を検出できるよ
うに同調されている。受信信号のこの署名プリアンブル
は、それぞれの移動局から同時に発生する異なった多重
アクセス試行を有効に区別するために基地局受信機で使
用される。For example, as described in the '501 application, preamble bits or symbol patterns are used so that multiple random access requests can be effectively distinguished at the base station receiver. Each requesting mobile station can send one of L different preamble bits or symbol patterns ("signatures"). The different signature patterns used do not necessarily have to be orthogonal to each other. At the base station receiver, each of the L accumulators is tuned to detect a particular signature that is combined from the output of the matched filter of the receiver. This signature preamble of the received signal is used at the base station receiver to effectively distinguish between different multiple access attempts occurring simultaneously from each mobile station.

図７は本発明の好ましい実施例にしたがって異なった
移動局から送信される複数のランダムアクセス要求パケ
ットの構造およびタイミングを示す図である。説明の便
宜上、３つのランダムアクセス要求パケットだけが示さ
れているが、本発明はこれに制限されることなく、３つ
以上の同様なパケットの送受信に応対することができ
る。基本的に、図の各ランダムアクセス要求パケット
（20、22、24）について、本方法で用いられるＳ−ALOH
A手順はランダムアクセス要求プロセスのプリアンブル
部分だけに適用される。スロット間で生じやすい干渉を
最小限にするため、各プリアンブル（20、22、24）の長
さは時間スロット（ｎ、ｎ＋１、・・・、ｎ＋ｉ）の幅
から所定のガードタイムを差し引いた（設計上の目的
で）値に等しく設定される。実際には、例えば１シンボ
ルガード時間を使用することができる。また、図のよう
に、ランダムアクセス要求パケット（20、22、24）のデ
ータフィールド部分の長さは所要のアプリケーションに
応じて変えることが可能であって、移動局が異なった長
さのデータフィールドを送信する際に柔軟性が得られ
る。FIG. 7 is a diagram showing the structure and timing of a plurality of random access request packets transmitted from different mobile stations according to a preferred embodiment of the present invention. For convenience of explanation, only three random access request packets are shown, but the present invention is not limited to this, and can transmit and receive three or more similar packets. Basically, for each random access request packet (20, 22, 24) in the figure, the S-ALOH used in this method is used.
The A procedure applies only to the preamble part of the random access request process. The length of each preamble (20, 22, 24) is the width of the time slot (n, n + 1, ..., N + i) minus a certain guard time to minimize the likely interference between slots ( Set equal to the value (for design purposes). In practice, for example, one symbol guard time can be used. Also, as shown in the figure, the length of the data field part of the random access request packet (20, 22, 24) can be changed according to the required application, and the mobile station can change the data field length of different length. You get flexibility when sending.

セルの２つの異なったセクタにおける移動局からの任
意の２つのランダムアクセス試行間、あるいは隣接セル
における移動局からの２つのランダムアクセス試行間の
衝突を避けるために、以下の拡散方法が使用可能であ
る。前述のように、ランダムアクセス要求を出す移動局
は、それぞれがセルセクタ特定の拡散符号を使用して
（例えば、それぞれの内部メモリ領域から検索して）固
有のプリアンブルを生成する。実際には、これらの符号
は十分な距離だけ離間した他のセルのために再利用され
る場合がある。To avoid collisions between any two random access attempts from mobile stations in two different sectors of a cell, or between two random access attempts from mobile stations in adjacent cells, the following spreading methods can be used: is there. As mentioned above, each mobile station issuing a random access request uses a cell-sector specific spreading code (eg, retrieves from its respective internal memory area) to generate a unique preamble. In practice, these codes may be reused for other cells that are separated by a sufficient distance.

図８は本発明の好ましい実施例にしたがって図７で示
されるランダムアクセスパケットのようなランダムアク
セスパケットを移動局で生成、送信するための方法を実
施する際に使用可能な装置の簡単なブロック図である。
一実施例では、本方法は移動局に設けたマイクロプロセ
ッサ（図示せず）の制御で実行することができる。送信
用ランダムアクセスパケットのセルセクタ特定のプリア
ンブルを形成するために、ランダムアクセスパケット発
生装置100は関連セルセクタ用の特定プリアンブル拡散
符号（例えば、移動局18の内部メモリから読み出したも
の）で「署名ｉ」102（同じ内部メモリから読み出した
もの）を拡散させる信号ミキサ104を含む。送信される
ランダムアクセスパケットのデータフィールドはデータ
フィールドジェネレータ110で生成される。ミキサ114は
生成されたデータフィールドを「署名ｉ」関連の固有の
短い拡散符号（112）で拡散させる。そして、生成され
たランダムアクセスパケットのデータフィールドは、署
名に関連する短符号（112）とセクタ特定の長い拡散符
号116（例えば、内部メモリ領域から検索される）のモ
ジュロ２加算（ミキサ118による）によって構成される
連結符号で拡散される。送信されるランダムアクセスパ
ケットの生成データフィールド（120）は移動局で柔軟
に長さが（例えば、何時間、何日間）選択される。生成
されたデータフィールドの長さは移動局で変えることが
可能であって、長いデータまたは音声の呼を確立するた
めに迅速かつ効果的な方法である。FIG. 8 is a simplified block diagram of an apparatus that may be used in implementing a method for generating and transmitting at a mobile station a random access packet, such as the random access packet shown in FIG. 7, in accordance with a preferred embodiment of the present invention. Is.
In one embodiment, the method may be performed under the control of a microprocessor (not shown) located in the mobile station. In order to form the cell sector specific preamble of the random access packet for transmission, the random access packet generator 100 uses the specific preamble spreading code for the associated cell sector (for example, one read from the internal memory of the mobile station 18) to "signature i". It includes a signal mixer 104 that spreads 102 (read from the same internal memory). The data field of the transmitted random access packet is generated by the data field generator 110. The mixer 114 spreads the generated data field with a unique short spreading code (112) associated with "signature i". The data field of the generated random access packet is then modulo-2 added (by mixer 118) to the signature related short code (112) and sector specific long spreading code 116 (eg retrieved from internal memory area). Is spread by a concatenated code composed of The generated data field (120) of the transmitted random access packet is flexibly selected by the mobile station in length (for example, hours or days). The length of the generated data field can be varied at the mobile station, which is a quick and effective way to establish long data or voice calls.

以上、本発明の方法と装置の好ましい実施例について
付図を用いて詳細に説明したが、本発明は開示実施例に
制限されるものではなく、添付請求の範囲に規定された
発明の趣旨から逸脱しない範囲で再構成、変更、置換が
可能である。The preferred embodiments of the method and apparatus of the present invention have been described above in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the disclosed embodiments and deviates from the spirit of the invention defined in the appended claims. It is possible to reconfigure, change, and replace within the range that does not.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 国際公開96／466（ＷＯ，Ａ１) Ｒｉａｚ ＥＳＭＡＩＬＺＡＤＥＨ ｅｔ ａｌ．，Ｓｐｒｅａｄ Ｓｐｅｃ ｔｒｕｍ Ｓｌｏｔ Ｒｅｓｅｒｖａｔ ｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓ ｓ（ＳＳ−ＳＲＭＡ），電子情報通信学 会通信ソサイエティ大会 講演論文集, 日本，電子情報通信学会，1995年 ９ 月，Ｂ−533，200 梅田 成視 他２名，ＤＳ−ＣＤＭＡ 移動通信におけるコード配置，1995年電 子情報通信学会総合大会，日本，電子情 報通信学会，1995年 ３月，Ｂ−426, 426 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H04B 7/24 - 7/26 H04Q 7/00 - 7/38 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References International Publication 96/466 (WO, A1) Riaz ESMAILZADEH et al. , Spread Spectrum Slot Reservation Multiple Accesses (SS-SRMA), Proceedings of the IEICE Communications Society Conference, Japan, The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, September 1995, B-533, 200 Seiji Umeda et al. 2 , Code Allocation in DS-CDMA Mobile Communications, 1995 IEICE General Conference, Japan, The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, March 1995, B-426, 426 (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H04B 7/ 24-7/26 H04Q 7 /00-7/38

Claims (20)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】移動通信システムにおけるランダムアクセ
ス要求の送信時に使用される信号形式であって、 プリアンブルであって、該プリアンブルは第１の拡散符
号で拡散された署名符号を含み、該第１の拡散符号は所
定のセクタに関連する、前記プリアンブルと、 データフィールドであって、該データフィールドは短拡
散符号で拡散された情報データを含み、該短拡散符号は
前記署名符号に関連し、短拡散符号で拡散された前記情
報データは更に長拡散符号で拡散され、該長拡散符号は
前記所定セクタに関連する、前記データフィールドと を含む前記信号形式。1. A signal format used when transmitting a random access request in a mobile communication system, the preamble including a signature code spread by a first spreading code, and the preamble. A spreading code is a preamble associated with a given sector and a data field, the data field including information data spread with a short spreading code, the short spreading code being associated with the signature code, and the short spreading code. The information format spread by a code is further spread by a long spreading code, the long spreading code being associated with the predetermined sector, and the data field. 【請求項２】請求項１に記載の信号形式であって、前記
プリアンブルの長さを実質的に送信スロット幅に等しく
設定した前記信号形式。2. The signal format according to claim 1, wherein the length of the preamble is set to be substantially equal to the transmission slot width. 【請求項３】請求項１に記載の信号形式であって、前記
データフィールドの長さが選択的に変更される前記信号
形式。3. The signal format according to claim 1, wherein the length of the data field is selectively changed. 【請求項４】請求項１に記載の信号形式であって、前記
データフィールドの長さを少なくとも１時間に等しくし
た前記信号形式。4. The signal format according to claim 1, wherein the length of the data field is equal to at least one hour. 【請求項５】請求項１に記載の信号形式であって、固有
パターンと位相との少なくとも１つを備えた連結符号で
前記データフィールドを拡散させる前記信号形式。5. The signal format of claim 1, wherein the data field is spread with a concatenated code having at least one of a unique pattern and a phase. 【請求項６】請求項１に記載の信号形式であって、前記
署名符号が複数の署名パターンの１つを含む前記信号形
式。6. The signal format according to claim 1, wherein the signature code includes one of a plurality of signature patterns. 【請求項７】請求項１に記載の信号形式であって、前記
プリアンブルおよび前記データフィールドがランダムア
クセスパケットを含む前記信号形式。7. The signal format according to claim 1, wherein the preamble and the data field include a random access packet. 【請求項８】移動通信システムにおけるランダムアクセ
ス要求の送信時に使用されるプリアンブル形式であっ
て、 署名符号と、 所定のセクタと関連づけられる拡散符号とを含む前記プ
リアンブル形式。8. A preamble format used when transmitting a random access request in a mobile communication system, the preamble format including a signature code and a spreading code associated with a predetermined sector. 【請求項９】移動通信システムにおけるランダムアクセ
ス要求の送信時に使用されるデータフィールド形式であ
って、 情報データを含む情報データフィールドと、 短拡散符号であって、前記情報データは前記短拡散符号
で拡散され、前記短拡散符号は署名符号に関連し、短拡
散符号で拡散された前記情報データは更にセクタ関連の
長拡散符号で拡散された、前記短拡散符号とを含む前記
データフィールド形式。9. A data field format used when transmitting a random access request in a mobile communication system, comprising: an information data field containing information data; and a short spreading code, wherein the information data is the short spreading code. The data field format, wherein the short spreading code is spread, the short spreading code is associated with a signature code, and the information data spread with a short spreading code is further spread with a long spreading code associated with a sector. 【請求項１０】移動通信システムにおけるランダムアク
セスパケットの生成時に使用される方法であって、 所定のセクタに関連する拡散符号に署名符号を結合する
ことによってプリアンブルを生成するステップと、 データフィールドを生成するステップと、 前記データフィールドを前記署名符号に関連する短符号
で拡散させるステップと、 前記拡散されたデータフィールドを前記所定のセクタに
関連する長拡散符号で更に拡散させるステップとを含む
前記方法。10. A method for generating a random access packet in a mobile communication system, the method comprising: generating a preamble by combining a signature code with a spreading code associated with a given sector; and generating a data field. D. Spreading the data field with a short code associated with the signature code; and further spreading the spread data field with a long spreading code associated with the given sector. 【請求項１１】請求項10に記載の方法であって、更に、
移動局から前記ランダムアクセスパケットを送信するス
テップを含む前記方法。11. The method according to claim 10, further comprising:
The method comprising transmitting the random access packet from a mobile station. 【請求項１２】請求項10に記載の方法であって、前記プ
リアンブルの長さを実質的に送信スロットの持続時間に
等しく設定するステップを前記プリアンブル生成ステッ
プが更に含む前記方法。12. The method of claim 10, wherein the preamble generating step further comprises setting the length of the preamble substantially equal to the duration of a transmission slot. 【請求項１３】請求項10に記載の方法であって、前記デ
ータフィールドの長さを選択するステップを前記更なる
拡散ステップが含む前記方法。13. The method of claim 10, wherein the further spreading step comprises the step of selecting a length of the data field. 【請求項１４】請求項10の方法であって、更に、前記プ
リアンブルの送信後の一定期間、目標基地局受信機で整
合フィルタを利用するステップを含む前記方法。14. The method of claim 10, further comprising utilizing a matched filter at a target base station receiver for a period of time after transmission of the preamble. 【請求項１５】請求項10に記載の方法であって、前記拡
散されたデータフィールドを前記長拡散符号で連結拡散
するステップを前記更なる拡散ステップが含む前記方
法。15. The method of claim 10, wherein the further spreading step comprises the step of concatenating and spreading the spread data field with the long spreading code. 【請求項１６】請求項15に記載の方法であって、前記連
結拡散ステップはモジュロ２加算を含む前記方法。16. The method of claim 15, wherein the concatenated spreading step comprises modulo-2 addition. 【請求項１７】移動通信システムにおけるランダムアク
セスパケットの生成時に使用される装置であって、 プリアンブルを生成する第１生成手段と、 所定のセクタに関連する拡散符号で署名符号を拡散させ
る第１拡散手段と、 データフィールドを生成する第２生成手段と、 前記データフィールドを前記署名符号に関連する短符号
で拡散させる第２拡散手段と、 前記拡散されたデータフィルドを前記所定のセクタに関
連する長拡散符号で拡散させる第３拡散手段とを含む前
記装置。17. A device used when generating a random access packet in a mobile communication system, comprising: first generating means for generating a preamble, and first spreading for spreading a signature code with a spreading code associated with a predetermined sector. Means, second generating means for generating a data field, second spreading means for spreading the data field with a short code associated with the signature code, and length of the spread data field associated with the predetermined sector. A third spreading means for spreading with a spreading code. 【請求項１８】請求項17の装置であって、更に、移動局
に設けられたマイクロプロセッサを含む前記装置。18. The apparatus of claim 17, further comprising a microprocessor located at the mobile station. 【請求項１９】請求項17に記載の装置であって、前記プ
リアンブルの長さを実質的に送信スロットの持続時間に
対応させた前記装置。19. The apparatus according to claim 17, wherein the length of the preamble corresponds substantially to the duration of a transmission slot. 【請求項２０】請求項９に記載のデータフィールド形式
であって、前記セクタ関連の長拡散符号の期間が時間数
単位または日数単位の範囲である前記データフィールド
形式。20. The data field format according to claim 9, wherein the period of the sector-related long spreading code is in a unit of hours or days.
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